При рассмотрении канализации населенного пункта нам приходится иметь дело с гораздо большими количествами сточных вод по сравнению с очистными сооружениями малой канализации, с которыми мы познакомились в предыдущей главе, так что легко предположить, что процесс очистки сточных вод населенного пункта требует применения более совершенных технических средств.
Рассмотрим для примера очистные сооружения, которые можно было бы использовать применительно к канализации небольшого населенного пункта.
Сначала на очистных сооружениях удаляются грубые примеси, т.е. плавающие вещества и предметы, вызывающие засорение, например кусочки дерева, текстиля, пробки, остатки фруктов, синтетических материалов и т. п. Это осуществляется довольно просто — путем установки на пути движения сточных вод решетки, на стержнях которой и задерживаются отбросы. В зависимости от размера прозоров решетки через нее проходит большая или меньшая часть крупных частиц. Расстояние между стержнями решетки не должно быть слишком большим. Однако слишком малые прозоры также нецелесообразны, так как в этом случае решетка быстро забивается отбросами. Поскольку на малых очистных сооружениях не всегда возможно предусматривать решетки с механической очисткой или устройства для дробления отбросов, то рабочему, обслуживающему очистные сооружения, несколько раз в течение дня приходится удалять задержанные решеткой отбросы граблями. Удаленные отбросы лучше всего закапывать в землю с добавкой в них хлорной извести.
Затем из сточных вод удаляют тяжелые минеральные примеси, главным образом песок, который перемещается вместе со сточными водами до тех пор, пока скорость течения настолько велика, что твердые песчинки могут уноситься вместе с водой. При уменьшении скорости течения происходит оседание на дно сначала крупных, а затем и мелких частиц песка. Этот процесс легко проследить на примере ручья. На тех участках, где течение быстрое, например, там, где вода стекает по крутому склону, на дне ручья можно заметить исключительно крупный галечник. Далее на участках, где уклон становится меньше, на дне обнаруживаются гладкие мелкие камешки и, наконец, на ровных участках дно ручья целиком состоит из песка. При очень медленном течении воды на дне отлагается также ил. Песколовка, устраиваемая на очистных сооружениях, должна задерживать песок, не допуская в то же время образования отложений взвеси. Поэтому скорость течения должна быть не слишком большой и в то же время не слишком малой. Она должна составлять примерно 30 см/с, так как в этом случае из сточной воды выпадает только песок. Этот процесс осуществляется в продольных каналах, устроенных таким образом, что в них постоянно поддерживается необходимая скорость течения. В малых установках прокладывают по крайней мере два расположенных рядом канала, с тем, чтобы один из них можно было выключать на время прочистки. Для сушки песка используются специальные площадки.
Очищенные от крупных отбросов и песка сточные воды содержат еще большое количество загрязнений, поскольку с помощью решетки их задерживается всего лишь 5%. Если скорость течения сточных вод будет еще меньше, чем при прохождении через песколовку, то можно добиться осаждения взвешенных веществ. В этом случае необходимо иметь достаточно большие резервуары или каналы, чтобы обеспечить протекание по ним воды в течение 1—2 ч от места впуска до места выпуска из резервуара. В течение этого времени на дне резервуара отлагаются практически все способные оседать частицы взвешенных веществ.
Теперь предстоит либо сдвинуть массу отложившегося осадка с помощью механических приспособлений в одно место и затем выпустить его, либо дать возможность осадку попасть через продольные щели в отстойном желобе, как это предусмотрено в двухъярусных отстойниках, в расположенную под желобами иловую камеру. Как мы видим, задержание осадка может производиться в резервуарах различной конструкции. Путем выделения из сточных вод взвешенных веществ, состоящих большей частью из способных к разложению органических веществ, можно добиться степени очистки сточных вод, равной 30% максимально возможной. Большего даже с помощью более крупных отстойников добиться не удается. Однако такой очистки в большинстве случаев бывает недостаточно для того, чтобы можно было отвести сточные воды в водоемы, и поэтому неосевшие загрязнения должны быть удалены на последующей стадии очистки.
Наилучший результат дают биологические методы очистки. Техника использует естественные процессы, совершающиеся в природе, ускоряя их с помощью различных вспомогательных средств, повышая их эффективность или в некоторой степени замедляя их. Таким образом, все методы биологической очистки являются как бы повторением соответствующих естественных процессов, происходящих в природе. Распад загрязнений в водной среде или в населенной живыми организмами почве является частью круговорота органических веществ. Процессы, совершающиеся при очистке сточных вод, по сравнению с технологическими процессами какого-либо производства кажутся на первый взгляд менее сложными. Однако в настоящее время мы имеем лишь частичное представление о закономерностях естественных процессов, происходящих в природе. Поэтому управление биологическими процессами, происходящими в очистных сооружениях, пока что не достигло такой степени точности, которая свойственна управлению современными производственными процессами.
Тем не менее, сточные воды возможно очищать в любых желаемых пределах, причем эти пределы определяются только технико-экономической целесообразностью биологической очистки. Такое разделение является в какой-то мере произвольным, поскольку биологические процессы всегда являются естественными процессами. Разница между ними состоит лишь в степени применения при очистке сточных вод тех или иных технических средств.
Можно также сказать, что искусственные методы очистки предусматриваются на небольших по площади сооружениях (интенсивные методы), тогда как естественные методы очистки находят применение на больших площадях (экстенсивные методы).
К естественным методам очистки относят в первую очередь использование полей орошения, а также биологических и рыбоводных прудов, принимающих сточные воды. При искусственной биологической очистке применяются способы очистки сточных вод в биофильтрах и с помощью активного ила, с которыми мы в дальнейшем еще познакомимся подробно.
Кроме того, следует упомянуть о том, что имеются также и определенные химические методы обработки сточных вод, занимающие промежуточное положение между простыми механическими методами удаления взвешенных веществ и биологическими процессами. При добавлении к сточной воде определенных химических веществ происходит коагуляция тонкой взвеси, в результате чего она удаляется при отстаивании. Однако коагуляция редко применяется при очистке бытовых сточных вод и несколько чаще — для обработки производственных стоков. Указанными методами, разумеется, не исчерпываются все возможности очистки сточных вод. Существует еще много других методов, в большей или меньшей степени отличающихся друг от друга.